锤击桩与静压机比较

.锤击桩和静压桩在同一工程中应用的对比分析 海门云起苑一期工程，位于海门市南海路南侧，汉江东侧，为3栋26-32层商业和住宅建筑及一层地下车库，建筑面积7万多平米，地下室基础埋深0.00以下5米，采用桩基和筏板基础，三栋高层均采用先张法预应力管桩,规格：PHC600（110）ABC80。设计为有效桩长42m，桩顶标高的相对标高为-5.85米，单桩承载力特征值为2850KN。本工程管桩施工采用了一台800吨位的静压桩基和一台10柴油锤击桩机进行施工。地质条件：本工程场地属于长江中下游冲击平原，场地为空地，较平坦。自上而下土层结构如下表：层数土质土层层底标高层底埋深厚度平均厚度标高平均埋深平均1层填土、松散0.8-3.41.37-0.662.121.320.8-3.41.372层粉质粘土、软塑0.4-3.11.50-1.830.660.132.1-4.52.563层粉土、稍密-中密1.0-3.32.34-3.02-1.59-2.234.1-5.64.924层粉砂夹粉土、稍密-中密6.3-10.48.23-12.01-8.66-10.4611.1-14.713.155层粉土夹粉质粘土、稍密2.0-5.63.35-15.03-12.49-13.8115.1-17.716.56层粉砂夹粉土、稍密-中密1.5-3.02.19-17.01-14.49-16.0017.1-19.818.697层粉质粘土夹粉土、软塑1.7-3.82.87-20.21-17.39-18.8720.00-22.921.568层淤泥质粉质粘土、软塑-流塑2.0-19.17.35-37.08-21.64-26.4124.00-40.029.109层粉细砂中密-密实该层未穿透该层未穿透该层未穿透该层未穿透设计总桩数：1#楼设计管桩总数151根，2#楼158根，3#楼97根，其中3#楼采用静压桩机施工，1#、2#楼根采用锤击施工工艺，具体见下表：1#桩型桩长m桩顶相对标高桩根数桩端持力层单桩承载力特征值PHC-600(110)AB-C8042-5.6501399层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C8042-7.350129层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C80473.5539层细砂层单桩抗压力加载值5700KN2#桩型桩长m桩顶相对标高桩根数桩端持力层单桩承载力特征值PHC-600(110)AB-C8042-5.6501399层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C8042-7.350129层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C80473.5539层细砂层单桩抗压力加载值5700KN3#桩型桩长m桩顶相对标高桩根数桩端持力层单桩承载力特征值PHC-600(110)AB-C8042-5.6501399层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C8042-7.350129层细砂层2850KNPHC-600(110)AB-C80473.5539层细砂层单桩抗压力加载值5700KN经过一个月的施工，沉桩记录如下：现结合工程实际对静压桩、锤击桩的不同特点进行分析：1.沉桩机理的不同1.1静压法施工是通过抱紧油缸将桩抱紧，以机械的自重和机身上的配重通过顶压油缸传递到桩身集中受力后，再将桩压入地层标高中。1.2锤击桩是通过锤头内的锤芯压缩缸体内,当雾化的柴油和机油进行燃烧爆炸产生向下的作用力，再通过锤头下的桩帽等一系列缓冲将力和振动作用到桩身，逐步击入土层标高。2.施工造成土体破坏程度的对比分析2.1静压桩沉桩过程中，桩尖进入土体后，原状土受到压缩变形以及初应力状态的破坏，使贴近桩周处土体结构完全破坏，随着贯入压力的增大，土体达到急剧破坏，粘性土土体在有水的作用下产生塑性流动，砂性土会产生挤密侧移和部分液化；2.2锤击桩沉桩时，土体在桩身的冲击力和震动的作用下，粘性土产生压缩变形，桩身逐步进入，砂性土在震动的作用下产生液化，抗剪力降低，在冲击力作用下进入土体；震动作用下对土作用面较大。2.3在粘性土施工中，两种施工方法均会产生对地表向上隆起效应，静压桩对土体的作用面较小，锤击桩在震动中对土体的作用面较大，因而在施工时，锤击桩所造成的土体隆起要大于静压桩。在砂性土施工中，由于静压桩主要采用挤密方法进入，理论上产生的隆起较大，而锤击桩产生砂性液化，土体内水流失后产生的隆起较小，甚至不会造成隆起效应。工程实施过程中发现，静压桩在进入砂层面时，压力陡然上升，静压桩施工困难.但当两种机型在同一地点施工时，由于锤击桩施工造成浅层的粉土和砂层的液化，压力上升幅度明显降低，浅层的粉土液化甚至造成机身较重的静压桩机湿陷。3.桩身部位，在施工过程中受力不同的分析3.1静压桩施工时，往往按照设计的极限承载力的1.5倍左右配备荷载，最大荷载不能超出桩身的所能承担的应力。施压值随着入土深度的增加逐步增大。桩身某一点的受力等于施压值减去上部桩长（送桩过程中要加上送桩器）与土体的摩阻力，相同施压值的情况下，逐步减小。当桩端部点的力小于桩端的阻力时，桩身将无法下压，需采取增加施压值或减少桩身摩阻力的方法来解决。理论上，假定在相同施压值荷载情况下，下压过程中的桩，土层某一点所对应桩身点的受力相同。由于土层的变化,桩身受力相同的点的位置不同，总体来看在施工期间桩体受力，变化较为单一。3.2锤击桩，施工过程中, 桩身某一点受力等于桩锤所施加的动能转化为冲击力减去该点以上部位在土体深度内的摩阻力。桩锤所能施加的能量与桩锤跳起的高度有关，锤跳起的高度不但与档位有关，而且与桩身在入土过程中所产生的瞬间抵抗力有关，只有当瞬间抵抗力充分时，桩锤的跳起高度才能达到极限。因而在施工时桩身点的受力较为复杂，不会因为入土深度的增加而立即减小，但总的减少趋势与静压桩一致。3.3在砂性土中，由于受震动液化的影响，锤击桩施工过程中的桩身的摩阻力比静压桩会明显减少。假定在相同压力作用下，桩身某一点所形成的应力，锤击桩将高于静压桩，即锤击桩入土点的下压力大。因此在砂性土较厚工程及以标高控制的桩，往往采用锤击方法对施工更有利。嵌岩桩施工，考虑到桩尖位的破坏力，一般只能采用锤击桩施工。在工程施工中，由于24m以下的黄色粘性土中铁质结核在局部地方较为丰富，静压桩无法压至指定的标高，监理要求施工单位更换采用了锤击桩机施工，均能够施工到位，避免了由于桩身不到位所产生的质量隐患。4.施工阶段对承载力初步判断方法不同4.1在静压桩施工时，往往采用入土的有效桩长和终压值进行控制，设计的桩长较短的工程，考虑到土体的恢复系数，终压值宜尽量达到设计取值的1.51.7倍,并视土质及布桩情况考虑复压。4.2锤击桩施工时，一般采用入土的有效桩长和最后贯入度进行控制，因而在施工机械进场后，对不同的桩机均要按照设计标准进行必要的试打，记录不同机型进入不同深度和不同地层的贯入度指标，用锤标准一般采用固定的中档锤。当工程的地层变化较大时或者桩基承载力不同时，对应施工的机型均要再做试打。在进入标高的贯入度控制时要按照试打的油门档位进行控制。5.常见桩身破坏机理对比分析及对应措施5.1本工程采用抱压式静压管桩，往往在插桩过程中，桩身在中部断裂。分析原因，均由于上层杂填土的中有大石块等障碍物，在插桩过程中，桩身受障碍物影响，桩身入土方向与桩机的加力方向不一致，造成桩身一侧受力增大，将桩身折断。对此，监理要求在静压桩开工前，要求进行打桩区域的地下障碍物进行清理工作，对障碍物集中的部位和深度较深的地方，采用挖掘机进行大开挖，再进行回填。值得注意的是，在回填时要考虑到后期静压桩机在上面的施工荷载。5.2本工程锤击桩所出现破坏部位均在的是桩头部位，且均在桩基础将要进入持力层当中：分析原因：1、桩身质量引起的：桩头耐击性差或桩头不平整引起施工中破裂。2、桩帽的缓冲桩垫未能达到施工要求，造成桩头受力不均匀或偏心受力，最终造成桩头破裂；3、桩身垂直度不够，造成打桩时偏心受力。4、地层变化的影响，地层较浅部位由硬突然变软，桩在穿透过程中会陡然出现不垂直现象，造成桩头受力不均匀受损，最终造成破坏。对此，首先检查桩身质量是关键；其次施工时，管桩与桩帽或送桩器的衔接面要增设缓冲垫，并随时检查其厚度是否满足要求；施工时控制好桩身垂直度以及锤击桩机的导架垂直两各方向与桩身平行，插桩过程中及时进行纠偏。对于地层变化，要通过工勘资料和试打桩的不同部位的贯入度，适时调整桩锤档位，控制好施工力度来避免。当然对每种桩型来说，控制接桩面的焊接的垂直度和焊接质量也是避免桩身破坏的关键。6.管桩基础的施工方法差异 6.1锤击法沉桩是用桩锤将桩击入地基中的施工方法，目前常用的施工机械有柴油锤、液压锤，适用于地基土为松散的碎石土、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。打桩锤击力属冲击动力，预应力管桩较耐打，在强力冲击下具有较强的穿透能力，大量工程实践表明，使用D45以上重型柴油锤可使其穿透56m厚的密实砂层或河卵石层，桩尖进入N50（N为修正后的标准贯入击数）的强风化岩层12m或密实卵石层12m，但不能打入中风化岩层2。当遇到以下岩层时应慎用锤击法沉桩，桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅的风化岩；地下水或地基土对管桩的混凝土、钢筋及钢零部件有强腐蚀作用的岩土层。如桩尖附近有水，强风化泥岩遇水就软化，含泥较多的强风化花岗岩体遇水发生崩解，于是桩端土承载力大大降低。持力层以上无硬度渐变的缓冲土层，如普通的土层直接进入中风化；淤泥、松散砂层直接进入强风化；非岩溶地区基岩以上为淤泥等松软土层，其下直接为中风化、微风化岩层；或中风化岩面上只有较薄的强风化层；岩溶地区，即石灰岩地区，其特点为石灰岩基本无风化现象，即没有全风化、强风化、中风化之分，直接为微风化状，强度达4050MPa以上，但存在严重的地下水溶蚀现象，故常见较多的溶洞、土洞发育，由于基岩处通常有较为丰富的地下水冲蚀，故上部土层愈接近岩面则愈软，承载力也愈低，甚至存在空洞（土洞）这种地质条件俗称“上软下硬、软硬突变”。锤击过度，当桩尖进入或接近坚硬的持力层后仍过度锤击，不注意控制锤高或贯入度控制过严，而同时桩身质量又不是太好时，容易发生断桩。这种情况要注意要求接近收锤时需“低锤密击”，另尚应注意采用较重锤时要“重锤低击”。并将贯入度适当放宽，以尽量减少断桩率，对个别的断桩部位则采用补桩处理。6.2静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法，目前常用的机械有抱压式液压压桩机、顶压式液压压桩机、抱压顶压联合式液压压桩机、抱压振动液压压桩机。使用最多的是抱压式液压压桩机，常用的压桩力为200吨、300吨、400吨、500吨甚至600吨，可压直径300mm600mm的管桩。静压桩的桩端持力层可选择在硬塑坚硬粘土层；中密密实的砂土层、河卵石层；全风化岩层或强风化岩层中，其上覆土层一般来说较软弱。压桩力属静力，造成桩的穿透能力相对较小，但也并非仅能穿透软弱土层，实践证明压桩力4000kN的静压桩也可穿透23m厚的密实砂层，桩尖到达N50（N为修正后的标准贯入击数）的强风化岩表面。静压桩沉桩穿越的土层一般是软弱松散的，含水量较高，孔隙比较大。当预制桩在垂直静压力作用下沉入地基土中时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，同时桩周土体也产生剪切挤压破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生严重软化，粉土砂土发生稠化，此时桩身容易下沉。一旦压桩终止并随着时间的推延，桩周土的触变时效和固结时效体现出来，土体中的孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗力逐渐恢复，甚至超过其原始强度。为减少挤土影响，确定沉桩顺序的原则如下：从中间向四周沉设，由中及外；从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设，由近及远；先沉设入土深度深的桩，由深及浅；先沉设断面大的桩，由大及小。先沉设长度大的桩，由长及短。静压桩施工对表土层承载力有较高要求，勘察时应采用轻便动力触探、取土样、标准贯入试验等手段准确查明表层3m土层的承载能力。场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，且场地应平整3。一般600700t重的压桩机，接地压强高达140160kPa，如果工地现场没有这么高的地耐力，加上压桩机来回行走，压桩机就会发生陷机，容易将已压入土层且送桩深度较浅的基桩挤弯挤断。陷机产生的侧向压力会使浅表土体发生水平位移，从而导致附近已施工基桩及市政设施、民宅等产生不同程度的损坏。陷机处凡桩顶深度2.5m的基桩都会受到侧向压力的影响，轻则倾斜，重则断裂。桩顶愈浅，被推断的概率愈大，特别是桩顶深度1.5m时，其被推断的概率高达90%。压桩施工主要存在的一些问题如下：小桩机充大桩机，小机压大桩；大桩机压小桩，虽然配重达到终压力的要求，但容易把桩身抱压碎裂；施工场地太软而未做处理，容易发生陷机现象；管桩的椭圆度不符合要求，两侧合缝位置没有避开夹桩机构夹块的直接挤压；终压时稳压时间太长，终压力超过桩身抱压允